Surventilation et confort d'été

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Les travaux récents montrent que les bâtiments à très faible consommation ont, du fait de leur forte inertie et de leur forte étanchéité, une tendance à présenter des périodes de surchauffes, inconfortables pour les occupants et/ou créatrices de surconsommation dans les bâtiments climatisés.
Ce guide dresse un état des lieux et établit des recommandations pour concevoir et mettre en oeuvre des systèmes et des équipements de surventilation dans les bâtiments neufs et rénovés. Il vise ainsi à contribuer à lever les barrières techniques liées à la méconnaissance et à l'insuffisance d'information sur le dimensionnement et sur les gains attendus et à faire connaître les solutions de surventilation dans les opérations de construction neuve et de rénovation.

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EAN13 9791029711213
Langue Français

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méconnaissance et à l’insuisance d’information sur
au premier rang desquels ïgurent maîtres d’ouvrages
SURVENTILATION ET CONFORT D’ÉTÉ
GUIDE DE CONCEPTION
Ce dOcUmenT esT ÉdiTÉ par L’ADEME
ADEME 20, avenue du Grésillé BP 90406 | 49004 Angers Cedex 01
COOrdinaTiOn TechniqUe : Pierre DEROUBAIX (ADEME)
RÉdacTeUrs :Anne-Marie BERNARD (ALLIE’AIR) Damien LABAUME et Serge BUSEYNE (ALDES) Nicolas PIOT et Jean-Luc ROSSO (EGE) Andres LITVAK (APEBAT/CDPEA)
RemerciemenTs : Au comité de relectrices et de relecteurs pour leurs apports respectifs, qui ont permis d’enricHir considérablement ce guide. Et particulièrement à Jean Alain BOUChET (Cerema), NatHalie BARREAU (ENGIE), Bénédicte WALL RIBOT (EDF) et THierry RIESER (EnertecH) pour leurs contributions et relectures.
COncepTiOn eT mise en paGe iniTiaLe : Alexis LASSARTRE
AdapTaTiOn à La charTe GraphiqUe de L’ADEME : MO / Studio grapHique Marc ROSENSTIEhL
SUivi ÉdiTOriaL : Walter PERSELLO
CrÉdiTs phOTOs eT iLLUsTraTiOns : © ENERTECh / © ALLIE’AIR / © ALDES / © EGE / © APEBAT / © ACA-O ©AIVC
ImpressiOn : Imprimé en France – Imprimerie Zimmermann Villeneuve-Loubet (06) – Certiïcation PEFC, Iso 14001, Imprim’vert, Print Environnement
BrOchUre rÉF. 010612 ISBN :9791029711206 – Juin 2018 - 500 exemplaires DÉpôT LÉGaL :© ADEME Éditions, juin 2018
du grand public, aïn de leur permettre de progresser dans leur
L’Agence aide en outre au ïnancement de projets, de la recherche
des déchets, la préservation des sols, l’eicacité énergétique
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SURVENTILATION ET CONFORT D’ÉTÉ GUIDE DE CONCEPTION
Ce guide a été réalisé dans le cadre du projet de recherche FREEVENT, lauréat en 2014 de l’appel à projets de recherche « Bâtiments responsables à l’horizon 2020 » de l’ADEME.
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1 INTRODUCTION 1.1. Contexte 1.2. Objectifs du guide
2POINTS CLÉS SUR LA SURVENTILATION POUR MAÎTRES D’OUVRAGE ET ARCHITECTES
2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12.
Enjeux de la surventilation Pourquoi avons-nous besoin de surventilation ? Surventilation et réglementation Débits de surventilation et architecture bioclimatique Débits de surventilation Gestion des ouvertures Confort thermique et acoustique Respect de la protection incendie et de ses zones de cantonnement Impact de la QAI Installation / maintenance Produits dédiés à la surventilation Les systèmes de surventilation 2.12.1. La surventilation mécanique 2.12.2. Surventilation naturelle et hybride 2.12.3. Surventilation mixte
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3LES RÈGLES DE CONCEPTION 3.1. Le besoin et les attendus  3.1.1. Les cibles de confort thermique  3.1.2. Les cibles énergétiques  3.1.3. La qualité de l’air intérieur  3.1.4. Le confort acoustique  3.1.5. L’intrusion : pour la ventilation naturelle 3.2. Analyse du site  3.2.1. Le potentiel thermique de rafraîchissement «free cooling»  3.2.2. L’exposition solaire  3.2.3. L’exposition au vent : pour la ventilation naturelle  3.2.4. La contrainte acoustique  3.2.5. La qualité de l’air extérieur  3.2.6. Logigramme récapitulatif 3.3. Analyse du bâti et des locaux  3.3.1. Analyse énergétique  3.3.2. Configuration du bâtiment  3.3.3. Contexte règlementaire 3.4. Choix du système  3.4.1. Surventilation naturelle  3.4.2. Surventilation mécanique  3.4.3. Système hybride et système mixte  3.4.4. Estimation du coefficient de performance de la surventilation  3.4.5. Tableau de synthèse  3.4.6. Quelques exemples
4 MISE EN ŒUVRE 4.1. La surventilation naturelle 4.2. La surventilation mécanique  4.2.1. Simple flux  4.2.2. Double flux 4.3. Régulation et maintenance
5 RÉSULTATS ET ENSEIGNEMENTS 5.1. Le transfert d’air dans les locaux 5.2. La régulation et le contrôle 5.3. Eviter le sous dimensionnement 5.4. Eviter les gênes 5.5. Performance thermique 6OPÉRATIONS EXEMPLAIRES
7 LEXIQUE
INTRODUCTION
Contexte
Les travaux récents montrent que les bâtiments à très faible consommation (BBC, passifs, BEPOS…) ont, du fait de leur forte inertie et de leur forte étanchéité, une tendance à présenter des périodes de surchauffes, inconfortables pour les occupants et/ou créatrices de surconsommation dans les bâtiments climatisés.
Quelques projets présentés dans les congrès européens montrent pourtant que le free cooling, la gestion des flux de ventilation en mi saison, et lasurventilationpeuvent permettre d’éviter ce problème.
De fait, l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) vient de créer une annexe pour traiter ce sujet important, soulevé depuis deux ans dans les différents congrès internationaux de ventilation (conférences internationales de l’AIVC). En France, on entend parler de quelques bâtiments présentant des surventilations, mais il est plus rare d’avoir des informations quantifiées sur les retours. Les concepteurs et bureaux d’études sont généralement peu informés et n’ont pas d’éléments pour dimensionner et concevoir ces surventilations, et sont demandeurs de plus de moyens pour pouvoir les mettre en œuvre plus couramment.
Ce guide a été réalisé dans le cadre du projet de recherche FREEVENT, lauréat en 2014 de l’appel à projets de recherche« Bâtiments responsables à l’horizon 2020 1 »de l’ADEME . L’objectif principal de ce projet de recherche était d’instrumenter par des moyens métrologiques sur site des opérations de bâtiment ayant mis en œuvre des solutions de surventilation en France Métropolitaine, et d’analyser les résultats obtenus afin d’en tirer des enseignements pour documenter un guide à l’attention des professionnels.
1 à ce titre, ces travaux ont bénéficié d’un financement de l’ADEME
Objectifs du guide
Ce guide dresse un état des lieux et établit des recommandations pour concevoir et mettre en œuvre des systèmes et des équipements de surventilation dans les bâtiments neufs et rénovés. Il vise ainsi à contribuer à lever les barrières techniques liées à la méconnaissance et à l’insuffisance d’information sur le dimensionnement et sur les gains attendus et à faire connaître les solutions de surventilation dans les opérations de construction neuve et de rénovation.
Ce guide s’adresse en priorité aux acteurs de la construction concernés par la conception et l’installation des systèmes de surventilation. Il vise néanmoins un lectorat large, en couvrant tout le spectre des professionnels de l’acte de construire, au premier rang desquels figurent maîtres d’ouvrages et architectes.
Ce guide présente lesprincipes de la surventilationet décrit les différents systèmes existant aujourd’hui pour répondre simultanément aux problématiques de confort thermique en saison chaude, avec un renouvellement hygiénique de l’air renforcé et une efficacité énergétique élevée.
Il insiste sur l’importance d’uneconceptionprise très en amont avec la maîtrise d’œuvre. Pour cela, les règles d’analyse et de conception sont abordées, afin de pouvoir différencier les contraintes et objectifs relatifs aux différents types d’opérations. Des exemples de dimensionnements sont illustrés à partir de cas types.
Lamise en œuvreetla vie des installationsfont l’objet d’une présentation des matériels et des produits spécifiques pour la surventilation des bâtiments. Cette présentation aborde les aspects liés au chantier, mais également à la réception et à l’entretien et à la maintenance des systèmes.
Desretours d’expérience d’opérations récentes ayant mis en œuvre des solutions de surventilation complètent ce guide et sont documentés dans sa dernière partie. Les résultats et enseignements présentés permettent de mettre en évidence les difficultés récurrentes et les problèmes rencontrés auxquels les concepteurs des opérations étudiées ont dû répondre. Des exemples chiffrés de calculs relatifs aux impacts des consommations des ventilateurs, aux débits de surventilation et taux de renouvellement d’air associés permettent de donner aux lecteurs une première entrée pratique, à partir d’ordres de grandeur caractéristiques. D’autre part, un catalogue d’opérations suivies, notamment par une instrumentation métrologique sur site, complète par desfiches d’opérations ce panorama de retours d’expériences.
Enfin, pour aider le lecteur àaller plus loin, ce guide présente des références bibliographiques et des liens internet utiles. Toutes les études citées dans ce guide sont référencées dans cette dernière partie.
2. POINTS CLÉS SUR LA SURVENTILATION POUR MAÎTRES D’OUVRAGE ET ARCHITECTES
2.1. ENJEUX DE LA SURVENTILATION
Le confort d’été et les problématiques de surchauffes des bâtiments sont devenus des préoccupations prioritaires qui touchent directement les populations avec des implications socio-économiques avérées, en termes d’impact négatif sur la qualité de sommeil, la productivité et les capacités d’apprentissage et sur l’augmentation de la mortalité et de la morbidité. Une augmentation de 80 000 admissions de patients-jours/ an en soins hospitaliers a ainsi été observée au Royaume-Uni en raison de problèmes de surchauffe dans les bâtiments.
De fait, tous les bâtiments sont concernés, y compris les bâtiments à très basse consommation énergétique, pour lesquels ce sujet est devenu prégnant, du fait de la sur-isolation de l’enveloppe, qui engendre des risques de surchauffe en été.
Ces surchauffes dans les locaux ne sont pas une fatalité, ne pouvant être solutionnées que par des systèmes actifs de climatisation. Il est démontré que ces risques peuvent être évités avec des techniques passives telles que la surventilation, notamment lorsqu’elle est associée à des protections solaires efficaces, ainsi qu’à une inertie adaptée évitant tout risque de surventiler avec de l’air chaud.
De plus, lorsque les bâtiments sont climatisés, la surventilation peut réduire le recours à la climatisation.
2.2. POURQUOI AVONSNOUS BESOIN DE SURVENTILATION ?
La pertinence de la surventilation a été étudiée théoriquement et prouvée dans la plupart des climats européens et tout particulièrement dans les villes où le phénomène d’ilot de chaleur renforce le besoin. Une étude spécifique 2 récente montre que le gain potentiel sur la consommation de climatisation et de ventilation est présent, mais plus ou moins important selon le climat, à savoir : 83% à Athènes, 65% à
Rome, moins de 6% à Berlin et moins de 1% à Copenhague.
Outre les études théoriques, diverses études de cas au Danemark, dans le Minnesota (USA), à Chypre, en France, en Italie et en Belgique prouvent l’efficacité de la surventilation et ce pour une grande diversité de bâtiments.
2 Toutes les références bibliographiques citées dans ce guide renvoient vers le rapport scientifique Etat de l’Art FREEVENT, publié en 2016 et disponible sur le portail Construction21 dans l’espace de la communauté thématique FREEVENT : https://www.construction21.org/france/community/pg/groups/19939/freevent-surventilation-freecolling-et-confort-dt/
2.U RVEN TILATIO NLA S PO IN TS SU R CLÉ S  PA 7g E
Le potentiel a été prouvé dans les maisons individuelles neuves du programme européen Model Home 2020. Les mesures en occupation réalisées dans ces maisons (Allemagne, Autriche, Danemark, France) montrent qu’avec des stratégies automatisées de protection solaire, d’ouverture des fenêtres (disposées judicieusement) et de surventilation on peut :
• éviter toute surchauffe dans les bâtiments passifs (catégorie 1 de confort selon la norme NF EN 15251) sans avoir recours à un système de climatisation.
• réduire la consommation des ventilateurs en passant en « tout naturel » en été et en hybride à la mi- saison tout en garantissant le confort et la qualité d’air intérieur.
La surventilation nocturne peut permettre de rafraichir les locaux en journée si : • l’inertie est suffisante pour que les gains matinaux perdurent dans la journée.
• les protections solaires sont suffisantes pour éviter trop de charge.
• les charges internes (éclairage, PC…) sont gérées et limitées.
En journée, la surventilation pendant l’occupation (free-cooling) peut permettre de réduire la température dans les zones fortement occupées, à forte charge interne. Certaines techniques de diffusion, comme le déplacement d’air vont permettre d’y recourir plus longtemps.
2.3. SURVENTILATION ET RÉGLEMENTATION
Il est nécessaire de mieux prendre en compte l’impact de la surventilation dans les calculs réglementaires. Les présentations données à l’occasion du workshop « Ventilative Cooling » (23/10/2017 à Bruxelles, 3 organisé par Venticool ) montrent que très peu de réglementations en Europe le prennent en compte, la France étant particulièrement en avance sur ce point.
3 http://venticool.eu/register-now-for-the-ventilative-cooling-workshop-on-october-23-2017/
PA g E 8 2 .PO IN TS R LA S CLÉS SU U RVEN TILATIO N
Avec les objectifs de bâtiments « nearly zero energy buildings » NZEB, dictés par la directive
particulièrement en avance en ce
en compte de la problématique
en compte par la RT2012. Ainsi,
énergétique,
des
débits
de
Par contre, en ce qui concerne
Si la maîtrise d’œuvre n’a que trop faiblement recours à des solutions passives de rafraîchissement comme
nationales, des méthodes de conception existent, et concernent le dimensionnement des débits de surventilation et les questions liées à l’architecture bioclimatique associée (inertie, protections solaires, orientation, ouvertures, …).